Seguimiento de la historia de los materiales poliméricos:Parte 6

El material fue redescubierto en 1933 por Eric Fawcett y Reginald Gibson, que trabajaban en ICI en Inglaterra. Estaban experimentando colocando varios gases a alta presión. Cuando pusieron una mezcla de gas etileno y benzaldehído bajo una inmensa presión, produjeron una sustancia blanca y cerosa que hoy conocemos como polietileno de baja densidad. Al principio, la reacción fue difícil de reproducir, y no fue hasta dos años después que otro químico de ICI, Michael Perrin, desarrolló controles que hicieron que la reacción fuera lo suficientemente confiable como para llevarla a la comercialización en 1939, más de 40 años después de que se fabricara el polímero por primera vez. .

El polietileno de alta densidad no se sintetizó hasta la introducción de nuevos catalizadores a principios de la década de 1950. En 1951, J. Paul Hogan y Robert Banks, que trabajaban en Phillips Petroleum, desarrollaron un sistema a base de óxido de cromo. Las patentes se presentaron en 1953 y el proceso se comercializó en 1957. El sistema todavía se conoce como el catalizador Phillips. En 1953, Karl Ziegler introdujo un sistema que utilizaba haluros de titanio combinados con compuestos de organoaluminio y, aproximadamente al mismo tiempo, un químico italiano, Giulio Natta, hizo modificaciones a la química de Ziegler. Ambos sistemas permitieron una reducción tanto de la temperatura como de la presión necesarias para fabricar el LDPE altamente ramificado y produjeron un polímero lineal que era significativamente más fuerte, más rígido y más resistente al calor que el LDPE.

Estos desarrollos ilustran otro ejemplo de varios grupos que trabajan de forma independiente en los mismos problemas y desarrollan soluciones casi al mismo tiempo. Y al igual que con los casos anteriores que hemos cubierto, el resultado inevitable es una batalla legal sobre quién fue el primero y quién tiene derecho a poseer las patentes. En este caso, se necesitó hasta 1983 para resolver el caso a favor de los científicos de Phillips. Sin embargo, debido a que Ziegler y Natta publicaron sus hallazgos en las revistas científicas primero, fueron galardonados con el Premio Nobel por su trabajo dos décadas antes en 1963.

Los nuevos catalizadores también hicieron posible la producción de versiones comercialmente útiles del cuarto miembro de la familia de productos básicos, el polipropileno. En realidad, Fawcett y Gibson habían producido polipropileno a mediados de la década de 1930. Después de sus exitosos experimentos con polietileno, naturalmente expandieron su trabajo para incluir otros gases de química similar. Pero sus resultados con polipropileno fueron decepcionantes. En lugar de producir un material que era sólido a temperatura ambiente y exhibía propiedades mecánicas útiles, la reacción produjo una masa pegajosa que solo era útil como adhesivo. Fawcett y Gibson habían producido lo que más tarde se conocería como polipropileno atáctico.

A diferencia del polietileno, donde todos los grupos colgantes unidos al esqueleto de carbono son átomos de hidrógeno, cada unidad de propileno en el esqueleto de polipropileno contiene tres átomos de hidrógeno y un grupo metilo mucho más grande, como se ilustra aquí. En polipropileno atáctico, el grupo metilo puede aparecer en cualquiera de las cuatro posiciones posibles dentro de la unidad repetitiva, evitando que el material cristalice. Los nuevos catalizadores crearon una estructura en la que el grupo metilo se encuentra en la misma posición en cada unidad repetida.

Esta regularidad estructural dio como resultado un material capaz de cristalizar, y las patentes hacen referencia al polipropileno cristalino. Esta forma cristalina de polipropileno tenía resistencia, rigidez y un punto de fusión incluso más altos que los del HDPE, y con este rápido desarrollo, se crearon dos materiales que representan más del 50% de la producción anual de polímeros en el mundo. Curiosamente, fue la esposa de Giulio Natta, Rosita Beati, no química, quien acuñó los términos atáctica, isotáctica y sindiotáctica para describir las diferentes estructuras que podrían crearse al polimerizar polipropileno. Hoy en día usamos estos términos para referirnos en general a las estructuras isoméricas que se pueden formar cuando los polímeros se producen utilizando varios tipos de catalizadores.

Es interesante notar que el descubrimiento de estos cuatro materiales, así como los refinamientos que llevaron a su comercialización, fueron accidentales. Veremos a medida que sigamos esta historia que este también fue el caso de muchos otros materiales que usamos hoy. Pero al mismo tiempo que toda esta actividad, el desarrollo de la química que Hyatt comenzó en la década de 1850 continuaba y produciría otros desarrollos importantes.

Estos desarrollos no darían como resultado los altos volúmenes que asociamos con los cuatro grandes polímeros básicos, pero resolverían algunos problemas urgentes y capitalizarían una química a la que hoy nos referiríamos como biopolímero, llevándonos al punto de partida con los esfuerzos actuales. para crear la economía sostenible. Estos desarrollos serán el tema de nuestra próxima entrega.

SOBRE EL AUTOR:Michael Sepe es un consultor independiente de procesamiento y materiales con sede en Sedona, Arizona, con clientes en América del Norte, Europa y Asia. Tiene más de 45 años de experiencia en la industria del plástico y ayuda a los clientes con la selección de materiales, el diseño para la fabricación, la optimización de procesos, la resolución de problemas y el análisis de fallas. Contacto:(928) 203-0408 •[email protected]